Ad.1

Materiały wykorzystywane w procesach wytwarzania.

Najogólniej wśród materiałów technicznych można wyróżnić:

• MATERIAŁY NATURALNE - w przypadku technicznego zastosowania wymagają jedynie nadania kształtu (np. drewno, skały)

• MATERIAŁY INŻYNIERSKIE - nie występują w przyrodzie (np. nanomateriały), wymagają złożonych procesów fizycznych w celu ich wytwarzania i przystosowania do określonych potrzeb (np. polimery, metale i ich stopy)

rys. wiązania między atomami tworzącymi dany materiał. Wiązania te utrzymują atomy w skoordynowanych układach

• MATERIAŁY KOMPOZYTOWE - tworzone przez połączenie dwóch materiałów inżynierskich w pewną całość. Mają inne właściwości niż materiały, z których są zbudowane.

Przykłady zastosowań materiałów kompozytowych :

• w samolocie: lotki, włókno węglowe, ar aminowe, włókno szklane

Własności jako kryteria doboru materiałów:

OGÓLNE - gęstość

- koszt względny

MECHANICZNE - moduł sprężystości

- wytrzymałość

- ciągliwość

- wskaźnik znaczeniowy

CIEPLNE - przewodność cieplna

- dyfuzja typu właściwego

- temperatura topnienia

- współczynnik rozszerzalności cieplnej

- udarność

- odporność na pełzanie

- odporność na utratę ciepła

ZUŻYCIE - wskaźnik zużycia

KOROZJA - wskaźnik korozyjny

Jedne z ważniejszych właściwości to: gęstość, wytrzymałość

gęstość - masa właściwa substancji δ =
, (g/cm³),ilość substancji zawarta w danym fragmencie przestrzeni

wytrzymałość - graniczna wartość oporu stawianego przez siły spójności ciała stałego obciążeniom zewnętrznym; zależy od właściwości materiału, oraz od sposobu obciążenia. Wytrzymałość mierzy się przeprowadzając badania wytrzymałościowe.

naprężenia - miara sił wewnętrznych powstałych w ciałach odkształcalnych pod wpływem oddziaływań zewnętrznych

MODUŁ YOUNGA

• współczynnik sprężystości wzdłużnej - współczynnik określający właściwości sprężyste ciała stałego, charakteryzuje jego podatność na odkształcenia wzdłużne przy rozciąganiu lub ściskaniu

E =

- naprężenie normalne
- odkształcenie wzdłużne

Moduł sprężystości:

• korek

• drewno

• laminaty

• kompozyty inżynierskie

• szkła

• ceramika inżynierska

Na niszczenie materiałów wpływają m.in. :

• solanka

• wody napowietrzone

• roztwory organiczne

Ad.2

Krystaliczna i amorficzna postać materiału.

Ogólny podział ciał stałych:

Ciała stałe różnią się stopniem uporządkowania wewnętrznego lub inaczej strukturalnego.

• ciała doskonałe amorficznie (bezpostaciowe) mają atomy ułożone zupełnie przypadkowo (w sąsiadujących ze sobą

2-3 atomach nie można wyodrębnić powtarzającej się struktury)

• kryształ idealny - charakteryzuje się uporządkowaniem dalekiego zasięgu

• szkło jest ciałem stałym nie krystalicznym o lepkości większej niż 10¹³ Nsek/m² . W szkle atomy nie są rozłożone w sposób całkowicie przypadkowy lecz tworzący powtarzające się sekwencje sąsiednich atomów w obszarze 2 nanometrów, w związku z tym szkło jest ciałem stałym

• polikryształ - ciało, w którym poszczególne obszary krystaliczne oddzielone są warstwami nie krystalicznymi o grubości 2-3 atomów (granice ziaren) granice ziaren w krysztale są defektami struktury krystalicznej

• monokryształ - jest jednym kryształem bez granic ziaren, jednak nie pozbawionym innych defektów budowy krystalicznej jak brak pojedynczych atomów lub fragmentów płaszczyzn atomowych

• kryształ doskonały - pozbawiony jest w/w defektów i jest w rzeczywistości trudno osiągalny i przykładem kształtu idealnego są cienkie nitki o wymiarach porównywalnych z wymiarami ludzkiego włosa (zwane wiskersami)

W rzeczywistości kryształami nazywamy:

• metale

• ceramikę

• niektóre polimery

NANOMATERIAŁY

Biorąc pod uwagę kształt ziaren materiału nanokrystalicznego, można wyróżnić 3 grupy materiałów:

• 
  słupkowe - ziarna mają kształt słupków o średnicy manometrycznej ,układy jednowymiarowe

• o strukturze warstwowej -
  ziarna mają kształt płaski o grubości manometrycznej, układ dwuwymiarowy

• równoosiowe -
  ziarna mają kształt zbliżony do kuli o średnicy manometrycznej , układy trójwymiarowe

Ad.3

Metale i ich stopy

Charakteryzują się wiązaniami metalicznymi, które zapewniają im następujące własności:

• przewodniki cieplne i elektryczne

• dodatki temperaturowy współczynnik rezystywności (opór metali zwiększa się w miarę podwyższania się ich temperatury)

• połysk metaliczny polegający na odbijaniu promieni świetlnych od wypolerowanych powierzchni

• plastyczność, czyli zdolność do trwałych odkształceń pod wpływem przyłożonych naprężeń

Układy wieloskładnikowe tzn. złożone z więcej niż jednego pierwiastka charakteryzują się przewagą wiązania metalicznego tworzą STOPY METALI.

Składy stopów metali są zawarte szerokich granicach . W przypadku stopów metali nie obowiązują zasady stechiometrii.

Metale otrzymuje się z rud będących najczęściej ich tlenkami. Procesy metalurgiczne polegają zwykle na redukcji.

Elementy metalowe są wykonywane przez odlewanie , obróbkę plastyczną i obróbkę skrawaniem lub metalurgię proszków

Ad.4

ODKSZTAŁCANIE PLASTYCZNE

Analiza odkształcania plastycznego monokryształu.

Odkształcenie to odbywa się poprzez poślizg

Schemat poślizgu

POŚLIZG - polega na przesuwaniu się części kształtu względem pozostałej części , wzdłuż pewnej płaszczyzny krystalograficznej w określonych kierunkach. Jest to tzw. przesunięcie o „X”, czyli o odległość między płaszczyznową.

Przemieszczeniu podlegają stosunkowo niewielkie grupy atomów związane z dysocjacją. W niektórych przypadkach odkształcenie odbywa się przez BLIŹNIAKOWANIE.

Mechanizm bliźnia kowania prowadzi do zmiany kształtu materiału, chociaż poszczególne atomy przesuwają się na odległość mniejszą lub równą odległości międzyatomowej

Metale i stopy są ciałami polikrystalicznymi, główną role odgrywają dyslokacje. W strukturze metalu istnieją przeszkody blokujące ruch dyslokacji, są nimi wakanse ( obce atomy, granice ziaren i granice międzyfazowe)

Zależność wytrzymałości na rozciąganie od gęstości dyslokacji.

HB- twardość

Rm - wytrzymałość na rozciąganie

Re - granica plastyczna

Z - przewężenie

A - wydłużenie

U - udarność

Zależność własności mechanicznych od stopnia odkształcenia

W miarę wzrostu stopnia odkształcenia w strukturze pewne zmiany, które prowadzą do utrwalenia struktury

Schemat zachodzących w strukturze zmian

STAN NIEODKSZTAŁCONY MAŁE ODKSZTAŁCENIA

DUŻE ODKSZTAŁCANIA

Skutki wywołane odkształceniem plastycznym możemy usunąć za pomocą pewnej obróbki cieplnej

• wyżarzanie w określonej temperaturze i stałym czasie

Temperatura po wyżej której wyżarzamy prowadzi do zmiany wielkości zwarcia i własności wytrzymałościowych jest to tzw. rekrystalizacja temp. Później, wyżarzamy, z ziarnem nic się nie dzieje.

Powyżej Tr rozpoczyna się tworzenie nowych ziaren czyli rekrystalizacja pierwotna i mamy do czynienia z drobnoziarnistą strukturą. Następuje gwałtowny rozrost ziaren o temp. Rekrystalizacji wtórnej. W zależności temperatury odkształcania rozróżniamy obróbkę plastyczną tzw. na ziarno (powyżej temp. Rekrystalizacji) na ciepło (pół gorąco) w temperaturach podwyższonych ale jednocześnie powyżej temperatury rekrystalizacji.

Wyżarzanie - utrzymywanie temperatury w stałym czasie.

• wyżarzanie odprężające mające na celu usunięcie naprężeń własnych z jednoczesnym zachowaniem dobrych własności wytrzymałościowych

• wyżarzanie rekrystalizujące ma na celu przywrócenie pierwotnych własności materiałowi odkształconemu

Zależność wielkości ziarna

po rekrystalizacji pierwotnej

od odkształcenia.

Warunki równowagowe układu

• procesy zachodzące podczas krzepnięcia oraz przemiana w stanie stałym, najłatwiej analizować za pomocą warunków układu fazowego

Ujmują one wpływ składu chemicznego temperatury i ciśnienia atmosferycznego na skład fazowy stopów w warunkach równowagi

- określa on jakie fazy istnieją w stopie w danych warunkach składu chemicznego i temp. Oraz jakie są możliwe zmiany stany układu w wyniku tych warunków

W stopach żelaza z węglem stabilnymi fazami są roztwory stałe ferryt i austenit oraz wolny węgiel w postaci grafitu miedzy metaliczna faza stabilna, węglik żelaza nazywamy cementytem i ma dużą trwałość.

Stale węglowe - definiujemy jako obrobiony plastyczny stop, żelaza z węglem w ilości do 2 % oraz innymi pierwiastkami o łącznym udziale do1,5 %.

W zależności od ilości węgla i temperatury wyróżniamy następujące składniki strukturalne:

• austenit - jest to roztwór stały węgla w żelazie gamma, krystalizujący w układzie regularnym ściernie centrowanym. Maksymalna rozpuszczalność węgla w temp. eutektycznej 1130 C wynosi ok. 2 %.

Z obniżeniem temperatury spada do 0,8 % i to jest przy temp. 723 C a w efekcie powstają cementy wtórne .

Austenit jest paramagnetyczny, w stanach węglowych może istnieć jedynie w temp. eutetoidalnej 723 Ca po niżej tej temp. ulega przemianie w perlit.

Ferryt - roztwór stały węgla w żelazie L, krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. Rozpuszczalność węgla w temp. eutektycznej 723C wynosi 0,02% a w temp. otoczenia 0,008%. Nadmiar węgla w raz z obniżeniem temp. wydziela się z ferrytu w postaci cementytu 3-o rzędowego i do temp. 770C i jest ferromagnetyczny zaś powyżej paramagnetyczny.

HB - ok. 80

Re - 300 MGA

A₁₀ - 40%

K - 180 J/cm²

Cementyt

• węglik żelaza typu Fe₃C o strukturze rombowej zawierający 6,67% C , może rozpuszczać inne pierwiastki np. mangan, chrom w stalach węglowych występuje jako cementyt wtórny wydzielający się z austenitu w skutek malejącej rozpuszczalności węgla w żelazie gamma, może występować jako cementyt 3-o rzędowy wydzielający się z ferrytu w skutek malejącej rozpuszczalności węgla w żelazie L. Jest również składnikiem perlitu i jest to faza twarda i krucha z HB ok. 700.

Perlit

-mieszanina eutektoidalna cementytu i ferrytu, zawierająca 0,8% C tj. (87% ferrytu i 13% cementytu). Powstaje w wyniku przemiany eutektoidalnej austenitu w temp. 723C i w praktyce zmienia się ona od szybkości chłodzenia. Im szybsze chłodzenie tym temp. jest niższa a tym samym większe przechodzenie austenitu. Wpływa to na stopień dyspersji tzn. rozdrobnienia perlitu, charakteryzowanej odległością między płatkami cementytu.

Im szybsze chłodzenie tym perlit posiada większą dyspersje. Zmiana dyspersji perlitu wpływa na własności mechaniczne rosną ze wzrostem dyspersji

HB - jest rzędu 180-200

Re - 700-800 MPA

A₁₀ - 8%

K - 40 J/cm²

Stale węglowe dzielimy na 3 grupy; stale podeutektoidalne, zawierające 0,8% węgla i mające strukturę ferrytyczną perlityczną, stale eutektoidalne zawierające 0.8% węgla i mające strukturę perlitu, stale nadeutektoidalne o zawartości 0,8% węgla i mające strukturę perlitu z cementytem wtórnym.

Gdy zawartości węgla jest bardzo mało po niżej 0,1 % stal ma strukturę czysto ferrytyczną z ewentualnymi wydzielinami Fe₃C na granicach ziaren. Przy większych zawartościach węgla w strukturze oprócz ferrytu pojawia się perlit. W miarę wzrostu zawartości węgla ilość perlitu zwiększa się. Gdy zawartość węgla rośnie i wynosi 0,4% ilość perlitu i ferrytu jest stała i prawie równa.

Struktura średnio węglowej stali podeutektoidalnej.

W stalach zawierających 0,6 - 0.7C ilość ferrytu jest taka mała, że nie tworzy on odrębnych ziaren lecz występuje w postaci siarki na granicach ziaren perlitu. Ferryt-jasny , perli -ciemny.

Perlit kulkowy inaczej sferoid ,bardzo miękki i plastyczny niż płytkowy, długotrwałe wygrzewanie stali w zakresie temp. eutektoidalnej powoduje, że płytki cementytu dążą do zmniejszenia swej energii powierzchni i tworząc kulki o masie ferrytu.

Własności mechaniczne stali o strukturze zgodnej z układem Fe-Fe₃C

Własności mechaniczne stali o strukturze zgodnym z układem żelazo-cementy

Wpływ zawartości węgla na własności mechaniczne stali węglowej

Z wzrostem zawartości węgla ubywa w stali miękkiego ferrytu a przybywa twardego cementytu. HB rośnie, Re rośnie do 0,8% a następnie maleje, wnika to z faktu, że w stanach nadeutektoidalnych rośnie ilość kruchego i twardego cementytu występującego na granicach ziaren. Wydłużenie i przewężenie maleje.

OBRÓBKA CIEPLNA RODZAJE WYŻARZAŃ

Rodzaje wyżarzań i ich wpływ na własności stali

• wyżarzanie ujędrniające, zupełne, normalizujące, zmiękczające, rekrystalizujące, odprężające, stabilizujące

Wyżarzanie jest to zabieg obróbki cieplnej, polegający na nagrzaniu stali do danej temperatury, wyżarzanie jej w tej temperaturze a następnie powolnym studzeniu do temperatury otoczenia.

Temperatury charakterystyczne A₁, A₃, Ac_m i są to temperatury przemian w stopniach żelaza z węglem, odpowiadają warunkom równowagi (ulegają pewnym fluktuacją) - dla procesów grzania ze znaczkiem Ac₁, Ac₃, Ac_cm E dla procesów chłodzenia ze znaczkiem A_R1, A_R3, A_R i tzw. A_{r cm}.

W zależności od celu wyróżniamy następujące rodzaje wyżarzania z wygrzewaniem powyżej temp. krytycznej: jest to tzw. wyżarzanie ujędrniające, normalizujące, zupełne, zmiękczające, sferoidyzujące.

Z wyżarzaniem po wyżej punktów krytycznych: rekrystalizujące, odprężając, stabilizujące, ujędrniające.

Po wyżej temp. tzw. wyżarzanie ujędrniające. Znacznie po wyżej temp. Ac₃ i Ac_cm. Często jest to 100-200^oC po niżej linii solidus praktycznie jest to 1050-1200^oC. Studzenie podwodne, czas od 12-15h, a celem jest zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego materiału powstałej w wyniku krzepnięcia.

Wyżarzanie normalizujące, temp. od 30-50^oC po wyżej linii Ac₃ i Ac_cm, studzenie w spokojnym powietrzu do temp otoczenia i czas zależy od przekroju normalizowanego materiału (orientacyjnie 1-1,5 milimetra ) 1 milimetr najmniejszego przekroju dla stali węglowych podeutektoidalnych, oraz 1,5-2 milimetrów/1 milimetr stali nadeutektoidalnej.

Celem tego wyżarzania jest uzyskanie drobnej ziarnistej struktury o zbliżonej wielkości ziarna w całym przekroju, co polepsza wartości mechaniczne a szczególnie udarności. W czasie tej operacji następuje przemiana perlitu w austenit powodująca rozdrobnienie ziarna, które nie ulega zmianie przy studzeniu. Wyżarzanie zupełne od 30-50^oC, powyżej linii Ac3 i Acm, studzenie ziaren z piecem tzw. studzenie powolne zachodzi, a więc wolniejsze od normalizowania czas podobny jak podczas normalizowania, cel uzyskania struktury drobnoziarnistej o zbliżonej wielkości ziarna w całym przekroju, prowadzi się częściej dla stali stopowych niż węglowych. Wyżarzanie zmiękczające i sferoidyzujące temp. zbliżona do Ac₁ (680-700oC) lub wahadłowo ok. 20^oC po wyżej Ac₁ i ok. 20^oC po wyżej A_R1. Czas od kilku do kilkunastu godzin, cel dla wyżarzania sferoidyzującego jest to uzyskanie struktury cementytu kulkowego, równomiernie rozmieszczonego w ferrycie (sferoidytu).

Dobra plastyczność i dobra twardość cel dla wyżarzania miękkiego uzyskanie struktury o wymaganej twardości np. w wyniku sferoidyzacji cementytu .

Wyżarzanie rekrystalizujące

Temp. 600-700^oC, studzenie powietrza czas zależy od stopnia zgniotu i wymaganych własności końcowych, cel usunięcie skutków zgniotu

Wyżarzanie odprężające

400-650^oC studzenie powolne, czas kolka godzin, cel zmniejszenie naprężeń własnych podczas odlewania, spawania lub zgniotu na zimno, jest to pewien zabieg cieplny tzn. bez widocznych zmian strukturalnych, wyżarzanie może nastąpić samorzutnie bez widocznych zmian strukturalnych w temp. otoczenia lecz będzie wymagało dłuższych czasów

Wyżarzanie stabilizujące

Jest to proces wyżarzania odprężającego, prowadzony przez kilkanaście godzin, w temp. 100-150^oC proces ten nazywamy stabilizowaniem , stosowany jest w celu zapewnienia niezmienności wymiarów przedmiotu w czasie eksploatacji. Narzędzia pomiarowe po hartowaniu z niskim odpuszczaniem i szlifowaniem

EUTEKTOID

Definiuje się jako mieszaninę dwóch faz, powstałą ze stanu stałego w stałej temp. i przy stałym składzie chemicznym. W przypadku stopów Fe -Fe₃C eutektoid powstaje z austenitu, w temperaturze 723^oC przy zawartości węgla 0,79% jest mieszaniną ferrytu i cementytu II- rzędowego. Eutektoid ten określa się nazwę własną perlitu.

ŻELIWA I STALIWA

W układzie fazowym wyodrębnia się dwie grupy stopów odlewniczy żeliwa i staliwa. Kryteria podziału stanowi zawartość procentowa węgla.

Staliwa - są to stopy nie zawierające eutektyki, gdyż stężenie węgla nie przekracza w nich 2,1 % wagowych węgla, natomiast żeliwa posiadają eutektykę i posiadają 2,1% wagowych węgla.

Żeliwa - posiadają eutektykę i zawierają 2,1% węgla

Staliwa - odlewy staliwcze uzyskują zasadniczy kształt podczas krzepnięcia ciekłego stopu w formie, staliwa nie podlegają przeróbce plastycznej i to je istotnie różni od stali.

Podział staliw:

• niestopowe - węglowe

• stopowe

Niestopowe - jest to stop żelaza z węglem i pierwiastkami, których obecność wynika z procesu stalowniczego do 2,1%

Jest to krzem, mangan, fosfor i siarka.

Mangan - 0,4-1%

Krzem - 0,2-0,6%

Potas - 0,035%

Siarka - 0,035%

Stale niestopowe charakteryzują się :

Niskowęglowe do 0,20%C

Średnio węglowe - 0,25% - 0,40%C

Wysoko węglowe 0,45 - 0,60%C

Ze wzrostem zawartości węgla wzrasta wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności i twardości a maleją pozostałe parametry czyli wydłużenie, przedłużenie i udarność

Zastosowanie tych staliw:

• mniej obciążone części maszyn, podlegające obciążeniom udarowym

• silne obciążenia statyczne i dynamiczne

• części turbin, silników i pomp

Własności odlewnicze staliw:

• staliwa charakteryzują się mała lejnością oraz dużym skurczem objętościowym i liniowym i powstają tzw. jamy skurczowe, powstają pękania odlewów a w skutek małej lejności cienko ścienne odlewy tworzy się trudniej. Staliwa są izotropowe stale są anizotropowe.

Staliwa stopowe, jest do staliw wprowadzany chrom to wtedy mówimy o staliwach stopowych, zastosowanie: konstrukcyjne, odporne na korozję, żaroodporne i żarowytrzymałe.

Staliwa stopowe dzielimy na:

• nisko stopowe 2,5%

• średnio stopowe 2,5-5%

• wysoko stopowe po wyżej 5%

Struktura staliw stopowych : osnowa ferrytyczno - perlityczna

Jest tzw. ferryt iglasty jego obecność powoduje zmniejszenie udarności inne cechy gruboziarnistość, i tzw. dendrytyczny układ ziaren perlitu i ferrytu.

Przemiana w roztworze metastabilnym Fe-Fe₃C przez roztwór ciekły (4,3%C) => cementyt+ austenit (2,11%C) biega w temp. 1148^oC roztwór ciekły (4,25%C)=> grafit+ austenit (2,03%C)

Mieszanina eutektyczna w obu przypadkach nazywa się ledeberytem, a po przemianie austenitu w perlit ledeburytem przemianowym. Rodzaj przemiany eutektycznej zachodzącej podczas krzepnięcia odlewu decyduje o podstawowym podziale żeliwa na białe. Jeżeli przebieg krzepnięcia jest taki, że żeliwo zawiera cementyt i grafit nazywa się je połowicznym pstrym.

Krzem umacnia ponadto ferryt, niestety ma też działanie niekorzystne - każde 0,1% Si zwiększa o 5^oC próg kruchości żeliwa.

Wpływ Si na temperaturę eutektyczną układu Fe-C, i Fe-Fe₃C

ROLA GRAFITU:

Grafit powstaje podczas przemiany eutektycznej. Ma kształt drobnych połączonych płatków, długość tych płatków obserwowanych na złączach metali jest od 10 tys. Mikrometrów.

Ze względu na kształt i wielkość grafitu żeliwa szare dzielimy na :

Szare zwykłe , tam występuje grafit płatkowy różnej wielkości, modyfikowany, drobny grafit płatkowy

• sferoidalne - grafit sferoidalny

• wermikularne - grafit pośredni

Podział żeliwa ze względu na morfologię grafitu

płatkowy żeliwo stałe kulkowy żeliwo sferoidalne

kłaczkowy (węgiel żarzenia) żeliwo wermikularne

żeliwo sferoidalne

Struktura osnowy żeliw szarych

• ferryt - fazy występujące oprócz grafitu

• perlit

• eutektyka fosforowa

Osnowa - faza dominująca, ferryt bądź perlit w dowolnych proporcjach

Steatyt - eutektyka potrójna jest on twardy, odporny na ścieranie poprawia lejność żeliwa, i jego zdolność do wypełniania formy.

Żeliwa otrzymujemy poprzez przetopienie surówek odlewniczych z dodatkiem złomu. Żeliwa szare można poddać obróbce cieplno - chemicznej tzw. chromowanie dyfuzyjne czy azotowanie, celem takiego zabiegu jest uzyskanie b. Twardej, odpornej na ścieranie warstwy wierzchniej, przedłużającej znacznie żywotność odlewanego żeliwa.

Żeliwo sferoidalne w porównaniu z szarym zwykłym ma większą wytrzymałość, plastyczność i udarność. Wartość Rm oscylują w granicach 400-800 MPA

Zastosowanie - na maszynowe na mało obciążone części maszyn, nie pracują przy obciążeniach zmiennych. Pewne żeliwa, które są b. Wytrzymałe są to rzędu 250-300 MPA są wykorzystywane na pewne korpusy, wrzeciona obrabiarek, koła zębate i instalacje hydrauliczne.

Otrzymywanie i własności magnetyczne ultra cienkich warstw kobaltowych o strukturze monokrystalicznej

Schematyczny przekrój warstwy wielokrotnej o dużym gradiencie długości fali modulacji

Jest to wpływ wymiarowości układu na jego własności magnetyczne i przejście z układu 3D do 2D. Jest to punkt aplikacyjny czyli zastosowanie tego typu warstw.

Klasy:

-1) kobalt - platyna CO-Pd, kobalt - pallad Co-P wykorzystywane do zapisu magnetycznego o dużej gęstości, są to materiały wykorzystywane na elementy pamięciwe

-2) amorficzne cienkie warstwy magnetyczne charakteryzują się dużą wytrzymałością mechaniczna, kilkakrotnie większą odporność elektryczną niż w odpowiednich krystalicznych

-3) charakteryzuje się dużą przenikalnością magnetyczną przy jednocześnie małej wartości pola koercji, duża wartość namagnesowania i są to tzw. miękkie materiały magnetyczne wykorzystywane w przetwornikach o małych stratach np. transformatorach

-4) wykorzystuje się zjawisko gigantycznego magneto oporu te materiały są wykorzystywane na sensory magnetyczne

Sensory - czujniki magnetyczne

Metody otrzymywania warstw:

• fizyczne

• chemiczne

Chemiczne są to metody wykorzystujące osadzanie na drodze chemicznym i elektrolitycznym

Fizyczne - naparowywanie termiczne w próżni i nanoszenie metodą rozpylania katodowego

Metody fizyczne: warstwy te powstają w warunkach bardzo czystej próżni (w komorach). Pompy próżni wstępnej: rotacyjne, dyfuzyjne, pompy próżni ostatecznej: molekularne (tytanowe).

Schemat typowego układu do otrzymywania metalicznych super sieci metodą naparowania

• podłoże grzane/chłodzone

• przysłona

• miernik szybkości osadzania

• ruchoma przysłona

Technika wytwarzania: Wymaga użycia komory próżniowej, której przez odparowanie uzyskuje się b. małą koncentrację molekuł gazów

Wyróżniamy 3 fazy:

• wytworzenie atomowego strumienia par nanoszonego materiału

• przelot tych atomów od źródła pary do podłoża

• kondensacja pary na powierzchni podłoża i utworzenie się cienkiej warstwy

UKŁAD DO NAPAROWYWANIA TERMICZNEGO W PRÓŻNI

Metoda naparowywania w próżni polega na odparowaniu w komorze próżniowej materiału stygła bądź tygli ogrzanych do temp. zapewniającej prężność par tego materiału większą od 10^-2 milibara.

Wybór źródła par zależy od fazy jaką przyjmuje metal podczas parowania i mogą być to wyparowniki w formie drutu lub taśmy rozgrzane poprzez przepuszczenie prądu o natężeniu kilkudziesięciu amperów, innym materiałem mogą być tygle grzane oporowo wykonane z trudno topliwych materiałów , wolfram, tygle ceramiczne, które są grzane spiralą oporową.

Metoda rozpylania katodowego rozpylanie jonowe strumień atomów nanoszonego materiału uzyskuje się poprzez bombardowanie powierzchni litego materiału tzw. targetu jonami powstałymi w plazmie wyładowania elektrycznego w gazie roboczym w argonie. Materiał rozpylany umieszczony jest na katodzie jest to rozpylanie katodowe. Rozpylanie stałoprądowe

i zmiennoprądowe , prądu o zmiennej częstotliwości radiowej rzędu 10 MGH

szybkość nanoszenia warstw m/s 0,04 0,04 01

ciśnienie parcjalne argonu mbar 5x10^-4

Etapy nanoszenia warstw - nukleacja - zarodkowanie na powierzchni tego podłoża II etap wzrost zarodków (klasterów atomów) III kolaestencja - zlewanie poszczególnych klasterów , IV wzrost w kierunku prostopadłym do podłoża połączony z rekrystalizacją, wzrost wyspowy , wzrost warstwowy, wzrost wyspowo - warstwowy

Wzrost wyspowy następuje, gdy możliwie najmniejsze stabilne klastery zarodkują na podłożu i rosną w 3 wymiarach. Zachodzi to wówczas, gdy atomy lub molekuły są ze sobą silniej związane niż z podłożem

Wzrost warstwowy - najpierw powstają warstwy, wzrost zarodka w dwóch wymiarach powodując tworzenia się warstwy planarnej - warstwowy, dla tego modelu atomy są bardziej związane z podłożem niż wzajemnie ze sobą.

Warstwowo - wyspowy - kombinacja

Interfejs - współwierzchnia wpływa decydująco na własności magnetyczne i dlatego mówimy o definicji nanomateriału

Nanomateriał długość wymiany magnetycznej

A -stała anizotropii k- stała wymiany L - długość wymiany magnetycznej

Poniżej długości wymiany mówimy o strukturze monokrystalicznej, powyżej o strukturze polikrystalicznej. Dla warstw

Co-tytan i Co-cyrkon długość wymiany jest rzędu 10 nm, poniżej 10 nm -warstwy krystaliczne.

---